Summary
ここでは、イチゴ植物の 3 つの次元で凍結をイメージするためのプロトコルを提案する.わずかに異なる角度で配置されている 2 台の赤外線カメラを使用して、3 つの次元の植物の凍結を観察する赤青アナグリフ動画を生成します。
Abstract
植物の凍結監視できます赤外線 (IR) 水がフリーズしたとき熱を発するため。ただし、色のコントラストの問題難しく 2 次元 (2 D) 赤外線画像やや解釈します。IR イメージまたは 3 次元 (3 D) で凍結植物のビデオを表示すると、氷核生成のためのサイトのより正確な同定だけでなく、凍結の進行でしょう。本稿では、凍結いちごプラントの 3 D 赤外線ビデオを生成する比較的単純な手段を示しています。イチゴは、世界の多くの地域でイベントのフリーズ予期しない春を受ける経済的に重要な作物です。ブリーダーと凍結状態時に植物に損傷を防ぐためにより経済的な方法と栽培イチゴの凍結の正確な理解を提供します。
このテクニックは、冷凍イチゴを映画にわずかに異なる角度で 2 つの赤外線カメラの位置決めを伴います。同時に両方のカメラを記録する画面キャプチャ ソフトウェアを使用して、2 つのビデオ ストリームを正確に同期されます。録音が、イメージング ソフトウェアにインポートできなくなり、アナグリフ技術を使用して処理されます。赤青のメガネを使用すると、3 D 映像がやすく葉の表面に氷核生成の正確なサイトを判別します。
Introduction
物理的な 3次元の世界に住んでいるにもかかわらず、研究者は 2次元の視覚的な観測をレポートに制限多い。2 D 画像が重要な情報を伝えるために一般に十分なの深さに関する情報のこの欠乏は感知し、現実世界のオブジェクトの複雑さを理解する当社の能力を制限します。1
深さに関する情報のこの欠乏は、1の初期の 1900 年代以来商業映画産業を中心に 3 D 映像を生成するインセンティブを提供しています。ただし、静止画像およびビデオでクリアな 3 D 情報を生成すると、それらのイメージの作成にかかわる複雑さが原因で妨げられています。3 D 映画を生成する最も簡単な方法は、立体写真で使用の原則に基づきます。立体写真は、脳内で 3 D イメージを伝えるわずかに異なる角度から同じオブジェクトの 2 つの画像を利用しています。これを可能にするために、それぞれの目は (すなわち、左目で左側の画像、右目で右側の画像)、それぞれのイメージでのみ調べる必要があります。目がない当然のことながらこれを行うので、立体の帽子はこの可能な1をように設計されています。いくつか立体 3 D 映画は、赤と緑 (またはシアン) を使用してカラー インター レースまたはアナグリフ メソッドがの開発中に使用されているテクニック、同様偏波インター レース、時間多重とヘッド マウント ・ ディスプレイ技術を表示します。ガラスは、最も簡単なと最も高価な手法の一つです。3 D イメージングと関連する様々 な技術の包括的な見直し、庚1レビューを参照してください。
原則に基づいて監視赤外線サーモグラフィを用いた植物の凍結水がフリーズしたときそれは内部エネルギー2を放棄する必要があります。このエネルギーは電磁スペクトルの赤外領域の検出には、熱の形で。赤外線エネルギーを記録することができるカメラは、1929年3以来使用されています。IR フィルムの植物の凍結技術を使用して最初のパブリッシュされたレポートは、Cecardiらから2、使用するカメラの解像度が、組織の凍結を開始する場所を正確に判断することは困難になります。ウィスニエフ スキーら4には、高解像度のカメラを使用していくつかの植物の氷核生成のより正確なサイトが決定されます。赤外線サーモグラフィの改善に使用される技術が、高い解像度の画像は5と6氷形成の正確な局在を凍結への障壁など発見をもたらした。
IR の被験者を撮影の 1 つの難しさは、温度のわずかな違いが原因です。ほとんどのオブジェクト フィールドのビューを正確にどのオブジェクトは、凍結を決定するが難しく、同じような色になります。これは、葉または小麦6の根など、ある特定の臓器凍結の順序を決定するときに重要です。植物の凍結の IR ビデオを 3 D で描出できた、植物のどの部分は時間の特定の時点で凍結を決定する精度が向上があります。
イチゴは、氷点下の気温が生産者のためかなりの懸念であるアメリカ合衆国の特定の領域での作物です。いくつかの成長の条件の下で、表示平均昨年春の前に 2 〜 3 週間を凍結するイチゴの花が一般的です。凍結イベントは、6 月の後半の花の死でアパラチア山脈7通常結果の一部の地域で発生します。したがって、霜保護です重要なは、これらの対象地域でのイチゴ栽培冷凍イベント。たとえば、ノース カロライナ州のイチゴ栽培する必要があります霜保護平均で 4-6 霜イベント前にブルームと前半 1-2 ハード フリーズ開花期間8の間。凍結耐性は、イチゴの品種を開発するのに役立つ、凍結、氷核形成と植物の他の部分へ伝播のサイトなどのさまざまな側面を理解することが重要です。赤外線サーモグラフィは、これらの問題に対処するための効果的な手段を提供します。
ここでは、イチゴを使用して 3 d アナグリフ法を用いた凍結イベントを記録するための手法を示します。イチゴは、葉と花 3 D 空間が広く分布し、2 D 赤外線映像で表示する場合を区別するために困難にすることができますのでこの例に適しています。
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Protocol
1. 準備
- 機器、材料、および記録および植物の凍結のビデオを処理するソフトウェアを収集します。
- で、電源スイッチを設定することによってプログラム可能な冷凍庫を起動し、0 ° C に温度を設定プログラムは、冷凍庫には 1 ° C/時間-8 ° C に達する。
- 1 つ 6 週古いイチゴの植物 2-5 花と冷凍庫に 1 リットル容器で栽培されていたを配置します。
- 2 IR カメラ (例えば、FLIR T620 カメラ) を設置固定ストラップと木製の小さなブロックを使用して、レンズの正しい収束角度を生成します。
メモ: 2 台のカメラのレンズの中心のスペースに最適な距離は、一般的に目1または 7 cm 間の距離と同じにすると見なされます。 - 10 × 10 cm 研究室ジャックと冷凍庫の中でジャックが集中するイメージを許可する植物に十分に近い位置に両方のカメラをマウントします。垂直方向と水平方向にカメラを調整して植物の同じ部分が両方のカメラから表示されます。ジャックを使用して、垂直方向に全体の植物や土の部分に 2 のイメージが含まれているような方法で両方のカメラを配置します。
- コンピューターの USB コンセントに USB コネクタを使用して 2 台のカメラを接続します。
- 植物の継続的な監視を許可する両方のカメラ 2 の A/C コンセントに差し込みます。
2. コンピューターおよび録音のためのソフトウェアのセットアップ
- IR カメラ ソフトウェア 2 のアイコンをダブルクリックしてソフトウェアの 2 つのウィンドウ (カメラごとに 1 ウィンドウ) を開く x。[ヘルプ] メニューの左側のウィンドウで左のカメラと右側のウィンドウで右のカメラを接続する指示に従います。
注: ソフトウェアを使用しての詳細は、[ヘルプ] メニューからアクセスできます。単色パレットは、この例では赤青の 3 D レンダリングの着色を使用しての必要性のために最適です。 - 画面キャプチャ ソフトウェアを開くには、プログラムのアイコンをダブルクリックします。クリックし同時に両方のカメラのスクリーン キャプチャを許可する両方のカメラが含まれていますので、フレームをドラッグして取り込み枠を調整します。
注: 両方のカメラからのビデオ ストリームを同時にキャプチャ画面は、それは左と右のビューの完璧な同期を可能にするため重要です。 - ビデオ処理ソフトウェアで簡単に処理 3 h 単位でビデオを記録します。
注: フリーズ イベントの前にいくつかの時間記録することが重要ですので、植物がフリーズを正確を知ることは不可能はないです。セグメントに記録するオプション、このソフトウェアの機能なので、これが 3 時間を記録する設定がお勧め。ソフトウェアは自動的に 3 h の記録を保存し、新しい録音を開始します。3 h 記録用ファイルが自動的に名前の後数値のシーケンスが与えられます。各動画ファイルになります 20 gb 10 からこのサイズの複数のファイルのハード ドライブ上に十分な領域があることがように。 - コント ローラー メニューの実行を選択することにより冷凍庫プログラムを起動し、画面キャプチャを開始します。ウィンドウのRecボタンを押します。キャプチャする画面の領域を示すアウトラインが赤色を確認します。
- イチゴの植物の-8 ° C まで凍結を記録し、1 時間冷凍庫の温度を保持します。
- 冷凍庫が +2 ° c. になるまで 2 ° C/h で冷凍庫の温度を上げる録音を停止します。
注: 凍結時間合計は 14 h です。 - 目的のファイルを .mp4 フォーマットから .mov ファイル変換ソフトウェアを使用してに変換します。
注: この場合、1 つ以上の凍結イベントを含む単一の 3 h ファイル使用されます。
3. ビデオ イメージング ソフトウェアを使用してビデオの処理
注: ビデオ イメージング ソフトウェアは、この例で使用されます。ソフトウェアを使用する方法についてのチュートリアルがオンラインあります。この例はソフトウェアの基本的な知識を仮定します。「組成物」、「層」と「レンダー キュー」、と同様、様々 なパネルと、それらの操作方法など用語の理解前提すると。
- イメージング ソフトウェアに興味の .mov ファイルをインポートし、プロジェクト パネルの下部にコンポジションアイコンにファイルをドラッグするには、[プロジェクト] パネル内には、任意の場所をダブルクリックします。元動画と同じフォルダーにプロジェクトを保存します。
注: 録画されたビデオはプレビュー ウィンドウに表示されます。 - プレビュー ウィンドウの下部にある関心領域のアイコンをクリックし、カーソルを使用して、左のカメラから記録だけを説明します。
- 同じ .mov ビデオを同じビデオの 2 番目のコンポジションを作成するコンポジションアイコンにドラッグします。3.3、手順を繰り返しますが、今回は、右のカメラのみを選択するのにカーソルを使用します。
- コンポジションを選択 > 左側のビューの作物は、関心のある領域にコンプをします。右側のビューに、この手順を繰り返します。左と右であるを示す各構成の名前を変更します。
- それと、組成を選択上部メイン メニューをクリックして左の組成をハイライト表示 >レンダー キューに追加します。
- レンダー キューで出力モジュールをクリックし、ビデオはビデオ (例えば、QuickTime ビデオ) としてレンダリングされるかどうかを確認します。高速レンダリングできるように解像度を下げるレンダリング設定をクリックします。への出力イチゴ左ビデオの名前をクリックし、元の録音や、プロジェクトと同じフォルダーに保存します。保存をクリックし、[レンダリング] パネルの右上で [レンダリング] ボタンをクリックします。
- イチゴ右組成の 3.6 のステップを繰り返します。
- プロジェクト パネルをダブルクリックし、レンダリングされたちょうどイチゴ左とイチゴ右のビデオをインポートします。
- 両方のビデオを選択し、プロジェクト パネルの下部にコンポジション アイコンにドラッグします。まだ期間を求めるポップアップ画面、3 h の持続期間のための 5 0 3 を入力します。
注: 両方のビデオは、正確に同期はプロジェクト パネルになるが、コンポジション パネルの最上位のビデオのみが表示されます。 - 他のイメージを表示するには、画層をオフに少し眼球をクリックします。カーソルを使用してプレビュー パネルでの画像の回転制御を許可するようにコントロール/Wを押します。カーソルを使用して、オンとオフを最上位のレイヤーをクリックして、上部または両方のイメージは、同じ回転面を確認する底面の回転面を調整します。3 D メガネ サブルーチン内で直接の X および Y 平面を調整します。
- コンポジション パネルの最上位のレイヤーを強調表示および効果を選択 >視点> 上部メニューから3 D メガネ。
注: 3 D のパラメーター メガネ効果ポップアップ表示されますコントロール パネル内。 - コントロール パネルで「左表示」の右側のボックスをクリックして、コントロール パネルは、プロジェクト パネルから分離されていません、プロジェクト パネルの上部にコントロール パネル」タブをクリックします。ドロップ ダウン メニューでコンポジション パネルで 2 の動画を一覧表示、「左ビュー」のリストにビデオをハイライトします。「右側面図」に対してこの手順をを繰り返します。
- 、 3 D ビューの右側のボックスで赤青 LRを選択します。
- 赤青のメガネを使用すると、プロジェクト パネルの表示を確認します。3 D ビューは、正しいと思われる場合、は、左右を入れ替えをクリックしてみてください。任意のゴーストと目のひずみを除去するためにシーンの収束と垂直方向の配置を調整します。
- ビデオの 3 D の側面が許容される、それをクリックして構成を強調表示し、コンポジションを選択 >レンダー キューに追加手順 3.7 で行われていた。プロジェクト内の他のファイルと同じフォルダーにビデオをレンダリングします。
注: このファイルはかなり大きくなります。ファイルが表示されると、それは再レンダリングされたビデオ処理ソフトウェアを使用してファイル サイズを小さくできます。
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Representative Results
驚いたことに、すべて葉/花が同時に凍結したこと (補足ビデオ 1) 凍結いちごプラントの IR ビデオが示されます。葉と花の両方を個別に異なる温度で凍結したが、葉凍結以前花よりも、高い温度で。さらに、凍結は、葉ではなく、必ずしも各葉の同じ位置で始めた。一方、これらの結果は、イチゴのない以前に記載されている、同様の結果は他の植物種6で発見されています。葉を凍結すると、氷が植物の王冠に葉柄を進みます。冷凍庫の温度になった時 1 または 2 度低く、花を凍結した萼で、花びらとレセプタクル (図 1) にすぐに広がっています。レセプタクル (暖かい) 明るい色を凍結水の大きい量を示唆している他のほとんどの植物部分より長く残った。
(メガネ) の 3 D と 2 D の赤外線画像を比較すると、3 D イメージしやすく正確に葉と花が (図 1) を凍結順序を決定します。3 D のビデオを表示する場合も、コードの凍結が (補足ビデオ 1) を始めた葉の上の正確な位置を決定する簡単です。
(図示せず) 生存の結果は凍結で、凍結、にもかかわらず葉殺されていなかった (表示されません) を示されます。凍結、花は、3 または 4 日以内、他の一方で、死亡しました。
2 番目のビデオ小麦根 (補足ビデオ 2) この時期は凍結の興味深いシーケンスを示した。これらの根のベースはミディアムで構成される成長に沈んでいた泥炭の主に。氷の削りくずは、根が凍るだろうように凍結する前に追加されました。凍結核形成について - 0.5 ° C の途中右側にあるルートで発生しました。凍結は、凍結する外側の葉の基部を引き起こす植物の冠に上向きに進んで。凍結は、植物の後ろに根の下方進行。なお、3 D 視点なし、特定の根が (図 2) を凍結した順序を決定することはほぼ不可能。
2 D 視点を閲覧した場合にのみ (図 2および補足のビデオ 2) 根の凍結を検討するときの深さに関する情報の不足のため凍結されたルートを決定することはほぼ不可能でしょう。この 3 D 視点凍結イベントを表すイベント、現実の世界で、大幅に発生した一連の個々 の根の凍結を区別するために、ビューアーの能力が向上します。
図 1: 3 D で同じ画像を 2 D でイチゴのイメージの比較。これらのイメージは、補足のビデオ 1 2 葉とイチゴ植物の凍結の単一の花を示す分解写真です。左は 2 D で表示のみ、(A) このパネルを示しています。(B) このパネルは、3 D アナグリフ表示を示しています。赤青のメガネを着用して、真の 3 D でこのイメージを参照してくださいする必要があります。2 つのパネル間の比較は、被写体を 3 D で取り込んだとき視覚的知覚の向上を示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2。3 D で同じ画像を 2 D で小麦の根の量のイメージ比較します。これらのイメージは、ビデオ 2 の補足からの分解写真です。AとBのパネルは、2 D で根量を表示します。(A) これは、凍結前に根のイメージ (B) 中凍結イベントの途中です。CとDのパネルは、パネルAとBがアナグリフ形式で同じ画像を表示します。(C) このパネル (パネルAに対応する) 凍結前に根の量を示しています。(B) パネルDのように凍結イベント内の同じポイントで根のイメージです。CとDのパネルは、3 D で画像を表示する赤青メガネで見られなければなりません。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
補足ビデオ 1: 3 D でイチゴの植物の凍結を示す赤青アナグリフ動画。このビデオは、ここで示したプロトコルを使用して生成されました。赤青のメガネが 3 D でビデオを観察する必要なことに注意してください。このファイルをダウンロードするここをクリックしてください。
補足ビデオ 2: 3 D で小麦の根の凍結を示す赤青アナグリフ動画。このビデオは、ここで示したプロトコルを使用して生成されました。赤青のメガネが 3 D でビデオを観察する必要なことに注意してください。このファイルをダウンロードするここをクリックしてください。
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Discussion
2 つの赤外線カメラがこのプロトコルに必要な彼らは1わずかに異なった角度から被写体を目的とする必要があります。5-8 cm からするレンズが必要になりますが、両方は撮影される被写体の同じ場所を目的とする必要があります。2 カメラのレンズの視聴者の目のための代理の一種と考えます。左のカメラは、左目と右目に右のカメラに似ています。後処理ソフトウェアは赤い色を左の画像と青い色に右の画像色合いが赤青のメガネを着用、左眼に見ることができます左の画像、右目の右の画像のみ。つまり凍結イベントを記録するときに、IR カメラ ソフトウェアのグレー スケール パレットを使用することが重要であります。脳はビューアーを 3 D1で観察されます 2 つの画像を結合します。
このプロトコルへの別の重要なステップは、同時に両方のカメラの出力をキャプチャするスクリーン キャプチャ ソフトウェアの使用です。両方のカメラの出力を同時にキャプチャすることにより、両方のカメラからの出力の完全な同期が保証されます。左右の画像を同期 3 D 映画制作の重要な側面であり、別の場所で詳しく説明。1
任意の眼精疲労を防ぐためには、垂直方向と左と右の画像の水平コンバージェンスが正しいことが重要です。録音前に正しい収束できるようにカメラを配置する間は、完璧な彼らはありません。ここで記載されているポスト プロダクション ソフトウェアは、左右・上下・回転収束で調整になります。このソフトウェアを採用すると、赤青のメガネが使用できない場合に生成されるビデオ赤緑アナグリフが。
技術の制限の 1 つは、3 D 映像を表示する赤青のメガネの要件です。多くの個人には赤青メガネ入手がないそうです。また、赤青アナグリフ ビデオの制作は、3 D 映像を生成する最も簡単なと最も高価な方法は、赤青アナグリフ動画は彼らの主題の限られた波長ビューにのみ伝えることができます。しかし、これは間違いなく意味のない制限 IR の放射、現実には、だけで観察できるグレースケール以来です。色は、電磁スペクトルの可視領域で人間によってのみ認識されます。
初期 ir 情報技術で解像度に制限する組織として氷に反映、氷の核生成と同様の正確な位置を決定することは困難しました。示差熱分析9が氷晶のサイトを検出する機能を改善します。ただし、そのままの深さに関する情報が欠けている 2 次元の視点です。情報の欠如は、限られた視点を提供し、完全に表さないフリーズが現実の世界でそれが発生すると。
商業映画偏波インター レースされている一般的な 3 d 画像を可視化するさまざまなテクニックを使用して1。最も人気のあるテクニックが必要、インター レース処理に固有のヘッドギア、帽子を必要としない自動立体視の技術は、発達段階1。3 D レンダリング技術のどれもが、3 次元で IR ビデオを表示できます。また、これらの技術は、明確な 3 D を提供するビデオの利用可能な彼らは同期、特別投影装置、画像1をプロジェクトする反射面を必要とします。
科学的な発見の効率的でタイムリーな進捗を促進するコミュニティを作成するための科学的知見を明確な方法で通信は欠かせません。我々 の住む世界の観察は常に 3 次元、2次元画像のみを使用してそれらの観察を正確に表すことは困難です。たとえば、ことは困難、ない場合 (図 2 b) コムギ根の凍結の IR イメージングで凍っていた、正確にするルートを決定することは不可能。ただし、3 D アナグリフ プロセスを使用して簡単になります比較的正確ルートはどのような時に (図 2 D) 凍結を決定します。確かに、それは植物の凍結の 3 D 視点から (ない 2 D ビデオ撮影から得られる) 新しい情報を収集可能性があります決定するままです。ただし、3 D10の植物材料を分析する際に得られる固有の情報のことは珍しくありません。画面を使用して右から左画像と、アナグリフの動画を作成する市販ソフトウェア、視覚的なデータを使用して生物学的プロセスは、3 d 画像やビデオを生成できますを理解する所を正確に同期させるソフトウェアをキャプチャします。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
この作品は、米国農務省の自社資金によって支えられました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| T620 Infrared Camera and software | FLIR | 55903-5122 | 2 cameras are needed. Software works only on a Windows-based computer |
| After Effects | Adobe | 15.0.1.73 | Post-Production Video Editing Software |
| Bandicam | Bandisoft | 4.1.2.1385 | Screen Capture Software |
| Laboratory Scissor Jack | Eisco | CH0642A | Steel Platform 13X15 cm |
| Fastening Strap | Velcro | 90441 | To hold camera on jack. Should be at least 60cm long by 2cm wide |
| Media Converter | iSkysoft | 10.0.6 | Software to convert mp4 files to .mov |
References
- Geng, J.
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